一种延缓变电站扩容的储能优化配置方法及相关装置与流程

本发明涉及电气工程，具体涉及一种延缓变电站扩容的储能优化配置方法及相关装置。

背景技术：

1、随着能源电力消费结构持续优化，新型电力系统的构建稳步推进，用电负荷结构呈现多元化，多重因素影响下电力系统负荷尖峰化特征愈发突出。

2、近年来随着尖峰负荷幅值上升，尖峰电量有所增加，但由于尖峰负荷持续时间短、出现频次低，相较于总电量，尖峰负荷电量仍呈现占比较低的特征。为了应对日内、季节性甚至是年度内短时负荷尖峰，对电网的输配电设施扩容或新建显然是不经济的。

3、通过配置功能替代性储能设备可以在用电高峰时段减轻输配电设备的供电压力，延缓输变电升级改造需求，减少电网投资，提高电网设备的利用率。但是现有延缓变电站扩容场景下的储能配置方法多考虑储能配置的经济性目标，对于储能应用技术性目标考虑不充分，未对储能充放电运行过程进行优化，且未考虑变压器的n-1安全准则约束，导致储能配置不能达到最优效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种延缓变电站扩容的储能优化配置方法及相关装置，以克服现有技术存在的缺陷，本发明能够实现储能在延缓变电站扩容场景的技术目标和经济性最优目标。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种延缓变电站扩容的储能优化配置方法，包括如下步骤：

4、搭建配电网功能替代性储能容量双层配置模型，所述双层配置模型的上层为规划层，所述双层配置模型的下层为运行层；

5、所述规划层以功能替代性储能年度净收益最大为目标配置电池储能系统，并以变电站的供电可靠性为第一约束条件；

6、所述运行层以变电站所带负荷波动最小为目标，优化电池储能系统的优化运行策略，并以功率平衡约束、电池储能系统安全稳定运行约束、变电站负载率限值约束以及n-1安全准则约束为第二约束条件；

7、对上层和下层的变量进行关联，将双层配置模型转换为单层配置模型；

8、对单层配置模型进行求解，得到储能优化配置方案。

9、进一步地，所述功能替代性储能年度净收益最大，表示如下：

10、maxf1＝edec+erel+espc-clcc

11、式中，edec为年度降低配电网网损获得的收益；erel为年度提升变电站供电可靠性获得的收益；espc为年度减少系统备用容量获得的收益；clcc为电池储能系统在规划年内的费用年值。

12、进一步地，所述年度降低配电网网损获得的收益，表示如下：

13、

14、式中，为t时刻电网的网损值；为t时刻配置电池储能系统前后的电网网损降低值；δt为时间间隔；fcost为电网单位购电成本；nl为配电网支路数；plt、分别为第l条输电线路t时刻有功功率和无功功率；为第l条输电线路t时刻额定电压；rl为第l条输电线路的等效电阻。

15、进一步地，当采用恒定功率负荷模型并忽略电压变化时，t时刻电网的网损值表示为：

16、

17、式中，pl_t、ql_t分别为t时刻第l条输电线路末端等效的有功功率和无功功率；ul_t为t时刻第l条输电线路末端的电压；

18、当研究输电线路上损耗时，将配电网络进行简化，只考虑有功损耗，并进一步假设ql_t/pl_t≈xl/rl，则t时刻电网的网损值表示为：

19、

20、式中，xl为第l条输电线路的等效电抗，t为最小化周期。

21、进一步地，所述年度提升变电站供电可靠性获得的收益的计算步骤如下：

22、1)引入变压器设备综合故障概率计算模型，表示如下：

23、

24、式中，p为变压器设备综合故障概率；k为修正系数；p0为基本故障概率；m为存在故障可能性的底事件总数量；ρi为变压器故障各底事件状态量值的分级评价值，i＝1,2,3,…；wi为各底事件状态量对变压器故障的表征权重，i＝1,2,3,…；

25、2)计算与变压器年度故障概率相关的电池储能系统降低的停电量期望，表示如下：

26、

27、式中，eenns为变压器故障时电池储能系统降低的停电量期望；nfault,load为电池储能系统安装位置孤岛时包含的负荷数；表示在t时刻保障用户k的负荷功率；tr表示变压器的故障持续时间；ωk为变压器故障时，电池储能系统能否对用户进行供电，若能，ωk为1，否则，ωk为0；为故障发生时刻t1电池储能系统的荷电状态；为电池储能系统的额定容量；rrea表示用户缺供电量的评价率；t1为故障发生时刻；t2为故障结束时刻；为电池储能系统的额定功率；

28、3)计算年度提升变电站供电可靠性获得的收益，表示如下：

29、

30、式中，fscll为电网单位售电价格；fcomp为单位缺供电量的产电比指标；rcom为用户评价系数。

31、进一步地，所述年度减少系统备用容量获得的收益，表示如下：

32、

33、式中，λf为备用设备的固定资产折旧率；cf为备用设备的单位容量造价；为t时刻负荷的总功率；为t时刻变电站承担的负荷功率。

34、进一步地，所述电池储能系统在规划年内的费用年值，表示如下：

35、clcc＝cinv+com+crec

36、式中，cinv为电池储能系统的初期年建设成本；com为电池储能系统的年运行维护成本；crec为电池储能系统的年设备残值和回收成本；

37、所述电池储能系统的初期年建设成本表示如下：

38、

39、式中，为电池储能系统单位功率投资成本；为电池储能系统单位容量投资成本；r为折现率，m为电池储能系统的使用年限，为电池储能系统的额定容量，为电池储能系统的额定功率；

40、所述电池储能系统的年运行维护成本表示如下：

41、

42、式中，为电池储能系统单位充/放电量的运行维护成本；为t时段电池储能系统的放电量；tn为年度内总时段数；

43、所述电池储能系统的年设备残值和回收成本表示如下：

44、

45、式中，crc、crv分别为电池储能系统需要报废时产生的回收成本和设备残值。

46、进一步地，所述以变电站的供电可靠性为第一约束条件中，以负荷缺电率作为供电可靠性的约束条件，所述第一约束条件表示如下：

47、

48、式中，loc表示年度负荷缺电率；为t时刻变电站台区内缺供电功率；为t时刻负荷的总功率；tn为年度内总时段数。

49、进一步地，所述变电站所带负荷波动最小，表示如下：

50、

51、式中，为全天时间内变电站功率的平均值；td为一天内的时刻数；为t时刻变电站承担的负荷功率。

52、进一步地，所述功率平衡约束表示如下：

53、

54、式中，为t时刻变电站承担的负荷功率；为t时刻负荷的总功率；

55、所述电池储能系统安全稳定运行约束包括功率约束和soc约束；

56、所述功率约束表示如下：

57、

58、式中，为电池储能系统的额定功率，为t时刻电池储能系统的充电功率，为t时刻电池储能系统的放电功率；

59、所述soc约束表示如下：

60、

61、

62、式中，为电池储能系统的t时段荷电状态；为电池储能系统的soc运行范围上下限值；分别为电池储能系统的t时段充电效率和放电效率；为电池储能系统的初始荷电状态；为一天结束时的电池储能系统的soc值；δt为时间间隔；为电池储能系统的额定容量；

63、所述变电站负载率限值约束表示如下：

64、

65、式中，为变电站的额定容量；为t时刻变电站承担的负荷功率；

66、所述n-1安全准则约束表示如下：

67、

68、式中，为第n台变压器t时刻的功率；为一台变压器的额定容量；n为变电站内变压器数量；为负荷的最大值；为变电站的额定容量。

69、进一步地，所述单层配置模型表示如下：

70、

71、式中，maxf1表示电池储能系统年度净收益最大；edec为年度降低配电网网损获得的收益；erel为年度提升变电站供电可靠性获得的收益；espc为年度减少系统备用容量获得的收益；clcc为电池储能系统在规划年内的费用年值；minf2表示变电站所带负荷波动最小，为全天时间内变电站功率的平均值；td为一天内的时刻数；为t时刻变电站承担的负荷功率。

72、一种延缓变电站扩容的储能优化配置系统，包括：

73、模型搭建模块：用于搭建配电网功能替代性储能容量双层配置模型；

74、所述双层配置模型的上层为规划层，所述规划层以功能替代性储能年度净收益最大为目标配置电池储能系统，并以变电站的供电可靠性为第一约束条件；

75、所述双层配置模型的下层为运行层，所述运行层以变电站所带负荷波动最小为目标，优化电池储能系统的优化运行策略，并以功率平衡约束、电池储能系统安全稳定运行约束、变电站负载率限值约束为第二约束条件；

76、模型转换模块：用于对上层和下层的变量进行关联，将双层配置模型转换为单层配置模型；

77、模型求解模块：用于对单层配置模型进行求解，得到储能优化配置方案。

78、一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种延缓变电站扩容的储能优化配置方法的步骤。

79、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述一种延缓变电站扩容的储能优化配置方法的步骤。

80、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

81、本发明适用于站址廊道资源紧张场景，针对变电站设备重过载安全供电问题，提出延缓变电站扩容的储能优化配置方法。搭建了配电网功能替代性储能容量双层配置模型，上层为规划层，是功能替代性储能容量配置模型，以电池储能系统年度净收益最大为目标配置功能替代性储能，同时需要考虑变电站的供电可靠性约束；下层为运行层，以变电站所带负荷波动最小为目标，优化储能系统的充放电优化运行策略，需要考虑功率平衡约束、储能系统安全稳定运行、变电站负载率限值约束以及n-1安全准则约束。然后，通过上下层变量进行关联，将双层配置模型转换为单层配置模型，最后，可以通过引入适用的智能优化求解算法对单层配置模型进行求解。

82、本发明从储能运行和配置两个层面考虑电池储能系统的配置的技术目标和经济性目标；在运行层面以配置电池储能系统后负荷波动最小为目标，优化了储能系统充放电策略；在配置层，以电池储能系统配置经济性最优为目标，全面考虑了电池储能系统应用后可带来的降低网损、提升考虑变电站故障概率情况下的供电可靠性、减少系统备用容量等收益；并在年度时间尺度上计算电池储能系统的收益和成本，包括年度储能等效收益和储能系统的费用年值，以实现储能在延缓变电站扩容场景的技术目标和经济性最优目标。